CN112174407A - 一种用于饮用水处理的多功能组合池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于饮用水多功能组合池，包括四个通过孔洞依次连通的单元池，应用于饮用水处理，可以实现饮用水深度处理工艺和饮用水处理工艺之间的转换，所述单元池在饮用水深度处理模式中依次为高级催化氧化池、碳基吸附池、紫外消毒池、膜过滤池，或依次为臭氧反应池、生物活性炭池、氯消毒池、清水池；在饮用水处理模式中依次为预臭氧池、沉淀池、生物活性炭池、膜过滤池。本发明采用集约化、简约化的组合池，可以应用于饮用水深度处理，能有效去除水中抗生素、抗性基因等，具有处理效率好、空间利用率高、多功能、建设成本低、处理成本低、出水稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种用于饮用水处理的多功能组合池。
背景技术
近年来，抗生素污染问题备受关注。抗生素作为预防和治疗细菌感染的有效药物，被广泛地应用于畜禽养殖业和医疗等方面。在我国，抗生素的使用量极大。在许多国家的河流中都检出了一定浓度的抗生素，更严重的情况是在饮用水中也检出了氟喹诺酮类、磺胺类、青霉素类、大环内酯类和四环素类抗生素。水体中残留抗生素会对生态环境和人体健康安全造成威胁，生物体和环境中的抗生素还会诱导产生耐药菌株，造成抗性基因污染，并且抗性基因兼具“可复制传播”的生物特性和“环境持久性”的物理化学特性，即使抗性细菌被杀灭或消亡，它释放到环境中的DNA与腐殖质等物质相结合时，将逃脱核酸酶的降解，造成抗生素抗性基因污染的恶性循环。在中国发明专利中则是利用石墨烯催化臭氧联合处理工艺氧化来提高氧化抗生素的效率，但是其主要使降解废水中浓度较高的抗生素，对像饮用水中低浓度抗生素的去除存在一定的限制。
为了应对新时代下严峻的饮用水污染现状，国内多数自来水厂均将饮用水处理工艺升级改造提上了日程，很多城市自来水厂建设时间较早远期规划预留有限，因此在工艺升级改造的过程中常常面临着占地面积过大的难题，此外，一旦工艺确定各构筑物的结构就基本确定，导致工艺改变时又要建造新的构筑物，空间利用率低。在中国发明专利中采用了臭氧-上向流臭氧生物活性炭结合的工艺，但是池体之间是通过水渠连接在一起，占地面积大，并且工艺不针对不同水质状况进行调整。
传统的饮用水消毒工艺主要有氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。但是目前环境水体中存在的污染物的种类和含量越来越多，单一的消毒技术也难以达到优质出水的消毒效果。在中国发明专利中仅仅使利用臭氧消毒水，虽然臭氧能生成氧化能力极强的[HO2]和[OH]自由基，但是单一消毒技术消毒效果存在一定限制，并且臭氧的大量投加会带来昂贵的成本费用，不适用于实际工程。
针对上述饮用水中低浓度污染物去除效果较差，工艺应对水质变化较大的适应性差和成本费用高等问题，本发明提出一种饮用水的多功能组合池，可以针对不同的水质情况进行饮用水工艺之间的灵活变化，在节约能源的前提下同时实现了处理效果的提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于饮用水处理的多功能组合池，采用集约化、简约化的组合池，可以应用于饮用水的深度处理处理，能有效去除水中抗生素、抗性基因等消毒副产物，具有处理效率好、空间利用率高、多功能、建设成本低、处理成本低、出水稳定等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于饮用水处理的多功能组合池，包括四个通过孔洞连通的单元池，应用于饮用水处理，可以实现饮用水深度处理工艺和饮用水常规处理工艺之间的转换，所述单元池在饮用水深度处理模式中依次为高级催化氧化池、碳基吸附池、紫外消毒池、膜过滤池，或依次为臭氧反应池、生物活性炭池、氯消毒池、清水池；在饮用水常规处理模式中依次为预臭氧池、沉淀池、生物活性炭池、膜过滤池。
根据以上方案，所述高级催化氧化池内设有搅拌器和磁性颗粒负载的纳米TiO2光催化剂，与所述紫外消毒池相邻的侧壁设有紫外灯管，外部设有气液混合器。在搅拌器运作时磁性颗粒负载的纳米TiO2光催化剂与废水充分混合，进水中已通过气液混合器带入的臭氧，在池壁的紫外灯管的照射下，发生臭氧/紫外/TiO2的联合作用，生成氧化性极强的·OH，氧化水中的抗生素、抗性基因等难以去除的有机污染物，从而去除水中残留的抗生素和抗性基因等物质。处理后的水从池上端的孔洞流入碳基吸附池时，搅拌器停止运行，此时原本悬浮的TiO2催化剂颗粒沉淀到池底。
根据以上方案，所述碳基吸附池内设有1.2～1.5mm厚的过滤介质颗粒活性炭，所述活性炭的粒径为1～2mm。利用活性炭表面的微孔将高级氧化池出水中的溶解性有机物吸附，以确保出水水质。
根据以上方案，所述紫外消毒池与所述高级催化氧化池相邻的侧壁上设有紫外灯管，且与所述高级催化氧化池中的紫外灯管共用一个紫外光源。由紫外光起消毒作用，将活性炭池中的积累、流失的微生物灭活，保证出水的生物稳定性。
根据以上方案，所述膜过滤池内设有过滤介质陶瓷膜组件。
根据以上方案，所述陶瓷膜为带有孔径为20～40nm过滤微孔的Al2O3平板陶瓷膜。
根据以上方案，所述臭氧反应池内设有搅拌器、外部设有臭氧发生器，池底设置有曝气头，池内设置有搅拌装置可以将池内混合液充分混合，使得臭氧能够将大分子的有机物氧化为小分子的颗粒，以保证出水水质。
根据以上方案，所述生物活性炭池内设有带微孔结构的生物活性炭，生物活性炭上微生物可以降解去除小分子亲水性有机物，而活性炭的微孔结构也可以降低水中污染物。
根据以上方案，所述氯消毒池采用氯消毒，并且在池底设置有搅拌器，可以将投入的氯消毒剂与反应池中水充分混合，氯消毒主要是对生物活性炭池中流出微生物进行灭活，以保证出水的生物稳定性。
根据以上方案，清水池是对氯消毒池中经过氯消毒后的出水进行短时贮水。
本发明的预臭氧池为在所述臭氧反应池的基础上改变臭氧的投加量，并且改变出水来实现：进水首先经过预臭氧处理之后，进入所述臭氧反应池外的高效混凝器进行混凝剂的投加和混合，然后进入沉淀池。
根据以上方案，所述沉淀池的上部设置有斜管、底部设置有排泥管，所述斜管与水平面成60°，所述排泥管通过排泥泵的负压排泥；所述沉淀池中设置有安装孔，可以直接通过安装斜板来实现沉淀池。
本发明的生物活性炭池的作用一是拦截吸附沉淀池出水中未沉淀絮状物质，同时可以进一步降低水中的COD、氨氮以确保出水能够达到饮用水的出水标准。
本发明的膜过滤池与饮用水深度处理中的相同，其作用是为了拦截生物活性炭池中的随水流流出的活性炭和微生物。
本发明的组合池是由四个等面积或者按需求比例分配面积的单元池组成的矩形池体，可以根据出水水质的要求实现不同的作用和功能。该组合池可以分成三种不同模式。包括对出水要求较高以及突发情况下的模式Ⅰ：高级催化氧化池、碳基吸附池、紫外消毒池和膜过滤池；对出水要求较低以及水质较好的情况下的模式Ⅱ：臭氧反应池、生物活性炭池、氯消毒池和清水池；完整的饮用水处理工艺模式Ⅲ：预臭氧池、沉淀池、生物活性炭池和膜过滤池。并且三种模式可以根据需求灵活的转变，实现提高去除能力的同时达到节能的效果。
本发明中模式Ⅰ和模式Ⅱ之间的转换通过以下操作实现：
1)高级催化氧化池和臭氧反应池的转换
所述的高级催化氧化池与臭氧反应池的转换，首先是将高级催化氧化池中的搅拌器关闭，并利用负载着TiO2的磁性颗粒的磁性将催化剂从反应池中分离出来，并关闭设置在高级氧化池中紫外灯管，最后打开臭氧曝气装置，便实现了高级催化氧化池转化为臭氧反应池；而将臭氧反应池转化为高级催化氧化池，则是将臭氧曝气装置关闭，将TiO2催化剂投入到池体中，并打开设置在池底的搅拌器和紫外灯管，此时催化剂将会在搅拌器的作用下均匀的分散在池体中，从而完成臭氧反应池到高级催化氧化池的转变。
2)紫外消毒池和氯消毒池的转换
所述的高级氧化池中的紫外灯管是与紫外消毒池共用的，因此在模式Ⅰ转化为模式Ⅱ时会关闭紫外灯管，此时就需要向池体中投加液氯进行消毒，并打开池底设置的搅拌器。而将氯消毒池转换为紫外消毒池则是通过关闭池底的搅拌器，并
3)膜过滤池和清水池的转换
所述的清水池中在建造时就预留有安装膜组件的安装孔，当需要将清水池转变的膜组件池时就可以直接将膜组件安装到清水池。当膜组件池转变为清水池时可以直接将膜组件移除。
本发明中模式Ⅱ和模式Ⅲ之间的转换通过以下操作实现：
1)臭氧反应池和预臭氧池的转换
所述的臭氧反应池与预臭氧反应池在池的运行和结构上基本一致，只是预臭氧池相比与臭氧反应池臭氧的投加量降低了。
2)氯消毒池和沉淀池的转换
所述的氯消毒池与沉淀池的转换是通过关闭氯消毒池中的搅拌装置，并在池中安装斜板沉淀装置。而沉淀池向氯消毒池的转换则是通过拆除斜板沉淀装置，并打开池底的搅拌装置，同时投加氯消毒剂。
3)清水池和膜过滤的转化
所述的清水池中在建造时就预留有安装膜组件的安装孔，当需要将清水池转变的膜组件池时就可以直接将膜组件安装到清水池。当膜组件池转变为清水池时可以直接将膜组件移除。
本发明中模式Ⅰ和模式Ⅲ之间的转换通过以下操作实现：
1)高级催化氧化池和预臭氧池的转换
所诉高级催化氧化池与预臭氧池的转换是通过将高级氧化池中的搅拌器关闭，并利用负载着TiO2的磁性颗粒的磁性将催化剂从反应池中分离出来，并关闭设置在高级氧化池中紫外灯管，最后打开臭氧曝气装置，并调节臭氧曝气的强度，便实现了高级氧化池转化为预臭氧池；而将预臭氧池转化为高级氧化池，则是将臭氧曝气装置关闭，将TiO2催化剂投入到池体中，并打开设置在池底的搅拌器和紫外灯管，此时催化剂将会在搅拌器的作用下均匀的分散在池体中，从而完成预臭氧池到高级氧化池的转变。
2)紫外消毒池和沉淀池的转换
所诉的紫外消毒池和沉淀池之间的转换是通过将紫外消毒池中的紫外灯管关闭，将斜板沉淀装置安装进去，就完成了紫外消毒池向沉淀池的转换。而沉淀池向紫外消毒池的转换则是通过将紫外灯管打开，并将斜板沉淀装置拆除及完成沉淀池向紫外消毒池的转换。
本发明实现了不同模式之间的灵活快速的转换，使组合池在饮用水中的应用使得工艺可以针对不同的水质情况进行工艺的快速转变，并且还可以根据水质改变处理工艺的顺序。
在模式Ⅱ中若进水中没有一些难降解的污染物，只是存在一些常规的污染物，则进水可以从生物活性炭池进入进行有机物的生物降解，然后进入氯消毒池，最后经过清水池后出水，省去臭氧消毒减少了成本；而对于进水中存在难降解的污染物，则选择从臭氧反应池进入，先经过臭氧的氧化将水中难降解的物质氧化为小分子结构，提高污染物的可生化性，然后进入生物活性炭池进行生物降解，进一步降低水中的COD，最后进行氯消毒后就可出水。
在模式Ⅲ中若进水中有一些新型环境污染物，则进水首先从高级催化氧化池进行强氧化，将新型环境污染物进行氧化，提高可生化性，然后进入碳基吸附池，将有机物吸附，从而降低水中的有机物，处理后进入膜过滤池对小分子的污染物进行过滤处理，最后经过紫外消毒后出水；而对于金水中只存在常规污染物时，进水可以从碳基吸附池开始，首先进行吸附降解，降低水中的有机污染物浓度，然后在经过膜过滤池，将水中小分子有机物过滤去除，最后经过紫外消毒后出水。
本发明的有益效果是：
1)本发明对常规污染物，或新型有机污染物抗生素、抗性基因等消毒副产物都有很好的去除效果；
2)本发明为集约化的组合池体能够极大地减少用地面积，降低改造的难度，解决自来水厂在增加深度处理工艺升级改造的过程中遇到的用地面积不足困难；
3)本发明为简约化设计，池体之间彼此相邻，水流采用穿孔的方式流动，省去了大量的管路、管道的铺设，同时也极大地减少了水头的损失；
4)本发明实现了多功能化，深度处理的工艺本身对于多种污染物都有一定的去除效果，但是也面临着广泛性有专一性不足的情况。通过改变池体内部结构、填料等变量来实现池体的不同功能，对于某些污染物的去除更有针对性；
5)本发明提高了催化水处理方法的处理效果，降低了处理成本；提高了氨氮的去除效果，增加了出水稳定性；提高了生物法水处理效率，回流至消毒杜绝了出水微生物指标超标的问题。
6)本发明实现了饮用水深度处理和饮用水处理工艺之间的灵活转换，充分的体现了组合池的灵活性。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图3是本发明实施例3的结构示意图。
图中：1、高级催化氧化池；2、碳基吸附池；3、紫外消毒池；4、膜过滤池；5、紫外光源；6、臭氧反应池；7、生物活性炭池；8、氯消毒池；9、清水池、10、臭气发生器；11、预臭氧池；12、沉淀池；13、高效混合器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1，见图1：
本发明提供一种用于饮用水处理的多功能组合池，包括四个通过孔洞依次连通的高级催化氧化池1、碳基吸附池2、紫外消毒池3、膜过滤池4，所述高级催化氧化池1内设有搅拌器和磁性颗粒负载的纳米TiO2光催化剂，与所述紫外消毒池3相邻的侧壁设有紫外灯管，外部还设有气液混合器；所述碳基吸附池2内设有1.2～1.5mm厚的过滤介质颗粒活性炭，所述活性炭的粒径为1～2mm；所述紫外消毒池3与所述高级催化氧化池1相邻的侧壁上设有紫外灯管，且与所述高级催化氧化池1中的紫外灯管共用一个紫外光源5；所述膜过滤池4内设有过滤介质陶瓷膜组件：带有孔径为20～40nm过滤微孔的Al2O3平板陶瓷膜。
实施例2，见图2：
本发明提供一种用于饮用水处理的多功能组合池，包括四个通过孔洞依次连通的臭氧反应池6、生物活性炭池7、氯消毒池8、清水池9，所述臭氧反应池6内设有搅拌器、外部设有臭氧发生器10；所述生物活性炭池7内设有带微孔结构的生物活性炭；所述氯消毒池8采用氯消毒；清水池9是对氯消毒池8中经过氯消毒后的出水进行短时贮水。
实施例3，见图3：
本发明提供一种用于饮用水处理的多功能组合池，包括四个通过孔洞依次连通的预臭氧池11、沉淀池12、生物活性炭池7、膜过滤池4，池外设有高效混合器13；所述预臭氧池11内设有曝气头；所述沉淀池12内设有斜管和排泥管；膜过滤池4内设有过滤介质陶瓷膜组件：带有孔径为20～40nm过滤微孔的Al2O3平板陶瓷膜。
本发明在工艺上采用高级催化氧化-碳基吸附-超滤工艺，可以快速、高效地解决大部分的抗生素和抗性基因的污染问题，同时采用了臭氧-紫外的消毒工艺可以极大减少消毒副产物的产生。在结构上将深度处理所需的工艺集中在一个组合池中，由四个彼此隔开又相互联通的单元池分别完成不同的处理任务，实现了集约化，减少了升级改造工艺所需的占地面积。在功能上可以根据进水水质和出水目标调整处理工艺而无需另外新建构筑物，只需改变当前单元池内部的填充物即可以改变当前的工艺，例如臭氧-生物活性炭-消毒工艺，具体实施方式是：
1)利用磁性颗粒负载纳米TiO2光催化剂的磁性取出高级催化氧化池中催化剂，仅通入臭氧，作臭氧反应池；
2)改变高级催化氧化池出水孔，使其出水由原来的吸附滤池流向生物活性炭池；
3)取消原消毒池中的紫外或臭氧，改为加氯或臭氧消毒池；
4)取出原膜过滤池中的膜组件，改为清水池。即通过人为改变池中设备或材料来改变工艺流程，实现一池多用的多功能组合池。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，包括四个通过孔洞依次连通的单元池，应用于饮用水处理，可以实现饮用水深度处理工艺和饮用水处理工艺之间的转换，所述单元池在饮用水深度处理模式中依次为高级催化氧化池、碳基吸附池、紫外消毒池、膜过滤池，或依次为臭氧反应池、生物活性炭池、氯消毒池、清水池；在饮用水处理模式中依次为预臭氧池、沉淀池、生物活性炭池、膜过滤池。
2.根据权利要求1所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述高级催化氧化池内设有搅拌器和磁性颗粒负载的纳米TiO2光催化剂，与所述紫外消毒池相邻的侧壁设有紫外灯管，外部设有气液混合器。
3.根据权利要求1所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述碳基吸附池内设有1.2～1.5mm厚的过滤介质颗粒活性炭，所述活性炭的粒径为1～2mm。
4.根据权利要求1所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述紫外消毒池与所述高级催化氧化池相邻的侧壁上设有紫外灯管，且与所述高级催化氧化池中的紫外灯管共用一个紫外光源。
5.根据权利要求1所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述膜过滤池内设有过滤介质陶瓷膜组件。
6.根据权利要求1或5所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述陶瓷膜为带有孔径为20～40nm过滤微孔的Al2O3平板陶瓷膜。
7.根据权利要求1所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述臭氧反应池内设有搅拌器、外部设有臭氧发生器。
8.根据权利要求1所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述生物活性炭池内设有带微孔结构的生物活性炭。
9.根据权利要求1所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述预臭氧池为在所述臭氧反应池的基础上改变臭氧的投加量，并且改变出水来实现：进水首先经过预臭氧处理之后，进入所述臭氧反应池外的高效混凝器进行混凝剂的投加和混合，然后进入沉淀池。
10.根据权利要求1所述的用于饮用水处理的多功能组合池，其特征在于，所述沉淀池的上部设置有斜管、底部设置有排泥管，所述斜管与水平面成60°，所述排泥管通过排泥泵的负压排泥；所述沉淀池是通过关闭所述紫外消毒池中的紫外灯管、且停止所述氯消毒池中氯的投加转换而来，所述紫外消毒池和氯消毒池中均设置有斜管装置的安装孔，直接通过安装斜板来实现沉淀池的转换。
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